空氣炮探究設(shè)計

1、初中物理課外探究實(shí)驗課神奇的空氣炮劉欣（西安市西電中學(xué) 陜西 710077 ）一、教學(xué)思路通過學(xué)生日常生活中喜愛的卡通形象一一哆啦A夢引入新課，通過演示實(shí)驗將動畫片中的空氣炮展現(xiàn)在學(xué)生眼前，讓 學(xué)生感受空氣炮的神奇威力。在創(chuàng)設(shè)出的真實(shí)情景中，引導(dǎo) 學(xué)生探究影響空氣炮威力因素及其作用機(jī)理，并做出相應(yīng)的 假設(shè)猜想。隨后，學(xué)生通過親自動手制作空氣炮，利用控制 變量的實(shí)驗探究方法對這一問題進(jìn)行探究。本課程將實(shí)驗探 究與教師講授結(jié)合，讓學(xué)生掌握空氣炮作用機(jī)理同時了解其 在生活中的運(yùn)用。在課堂中，學(xué)生親自動手，實(shí)驗探究培養(yǎng) 學(xué)生科學(xué)思維； 教師寓教于樂， 科學(xué)設(shè)計激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。二、教學(xué)目的1. 知識與

2、技能：感受空氣炮威力，了解其作用機(jī)理，掌握 波在運(yùn)動中傳遞能量。2. 方法與途徑： 課上指導(dǎo)學(xué)生制作空氣炮， 并通過實(shí)驗探 究影響空氣炮威力因素，課下鼓勵學(xué)生利用實(shí)驗結(jié)論，制作 威力更大的空氣炮。3. 情感與評價： 舉例說明空氣炮在實(shí)際生活中的應(yīng)用培養(yǎng) 學(xué)生熱愛科學(xué)，體驗物理之美的情感。4. 現(xiàn)代教育技術(shù)： 視頻演示與實(shí)驗演示相結(jié)合， 為學(xué)生營 造豐富的物理學(xué)期情境。三、教學(xué)分析：1. 教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)講述空氣具有能量及其應(yīng)用。 讓學(xué)生了解空氣能量的 來源是沖擊波向前運(yùn)動傳遞能量，為以后講機(jī)械波及動能方 面打下基礎(chǔ)。重點(diǎn)是“空氣炮的制作運(yùn)用”，難點(diǎn)“認(rèn)識空 氣能量大小及影響其大小的因素”2.

3、學(xué)生情況分析通過平時觀看的動畫作品， 大多數(shù)學(xué)生對空氣炮有較為直 觀的認(rèn)識，但其深層原理學(xué)生并不了解，這樣便于將講授內(nèi) 容與學(xué)生原有經(jīng)驗結(jié)合。3. 教學(xué)方式通過學(xué)生喜愛的卡通形象引入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣； 利用演示實(shí)驗創(chuàng)建物理情景，幫助學(xué)生了解物理現(xiàn)象；采用 科學(xué)探究的方式，引導(dǎo)學(xué)生探究影響空氣炮威力的因素；建 立理論聯(lián)系生活的觀念，拓展學(xué)生生活視野。四、教學(xué)準(zhǔn)備課前收集國內(nèi)外視頻， 查找論文研究實(shí)驗原理， 結(jié)合學(xué)生學(xué)齡特點(diǎn)在教學(xué)中插入動畫片斷，實(shí)驗器材選自生活，已獲 得可重復(fù)利用，降低學(xué)生動手成本，滿足課堂要求同時，利 于課下開展。五、教學(xué)過程課堂引入（5分鐘左右）視頻：播放動畫片哆啦 A

4、夢片斷（如圖1所示），主人公大雄多次使用了哆啦 A夢給他的威力巨大的武器空氣炮。圖1師：同學(xué)們，哆啦A夢這個角色相信大都很熟悉，它總是 能從口袋里變出各種各樣神奇的寶貝幫助它的主人度過難關(guān)。 那么剛才視頻中我們看到大雄拿的是什么東西??？生：哆啦A夢空氣炮。（與學(xué)生日常生活緊密聯(lián)系，學(xué)生 能輕松回答出問題）師：很好，看來同學(xué)們對這個動畫片都很了解。那么那個 同學(xué)能給大家說一說，這個空氣炮有什么作用？生：主人公在遇到危險時，將空氣炮套在手臂上，它能在 遠(yuǎn)距離發(fā)射出威力巨大的空氣炮彈，擊倒對方。師：這位同學(xué)描述地非常好， 不知道大家心里有沒有這樣 的疑惑，平時看不見摸不到的空氣，真的會有這么大威力么

5、？ 是動畫片在異想天開還是其中有我們不知道的奧妙呢？今天， 老師將動畫中的空氣炮帶到了教室里，讓我們一起去探究神 奇的空氣炮。演示實(shí)驗（10分鐘左右）從講臺下拿出準(zhǔn)備好的大型空氣炮，給同學(xué)展示。師：這個是老師給大家?guī)淼目諝馀?。雖然它外形上與動畫片中有些差異，但是它也能像動畫片中的空氣炮一樣， 產(chǎn)生巨大威力?？谡f無憑，接下來我將進(jìn)行三組演示實(shí)驗，讓大家切實(shí)一圖2感受空氣炮的威力（如圖 3）。1、大型空氣炮滅蠟燭將10根燃燒的蠟燭以10厘米為間隔依次排開（如圖3所 示），將大紙箱放置在蠟燭延長線上，距離第一根蠟燭大約1 米位置處，紙箱的圓形開口對準(zhǔn)蠟燭最高點(diǎn)。實(shí)驗開始前， 請同學(xué)們在紙箱位置吹蠟

6、燭，觀察吹滅的蠟燭根數(shù)。然后進(jìn) 行實(shí)驗，用力擊打紙箱，一排蠟燭應(yīng)聲熄滅。前后對比，讓 學(xué)生體驗到空氣炮產(chǎn)生的巨大威力。圖32、空氣炮“吹倒”易拉罐將6個易拉罐疊落成三角形橋（如圖 4所示），利用相同的紙箱對準(zhǔn)易拉罐發(fā)出空氣炮彈，紙箱與易拉罐之間的距離 讓學(xué)生自定。實(shí)驗過程中，讓距離不斷增加，觀察紙箱發(fā)出 的空氣炮彈是否能夠擊倒易拉罐，不斷創(chuàng)造并打破更遠(yuǎn)紀(jì)錄，直到易拉罐不受空氣炮彈沖擊作用，記錄最遠(yuǎn)距離并請同學(xué) 在相同距離上嘗試用吹滅易拉罐。前后對比，讓學(xué)生體驗到 空氣炮射程也十分遠(yuǎn)。3、煙霧效果讓空氣炮彈“露出真容”提出疑問，空氣炮的炮彈形狀是什么樣的？讓同學(xué)們作出假設(shè)，并進(jìn)行實(shí)驗驗證。利用發(fā)

7、煙片往紙箱中填充煙霧，再 次擊打紙箱，使空氣炮彈從前端小口發(fā)射出去，同時用慢速 攝影設(shè)備記錄整個過程，反復(fù)觀察，得出空氣炮的炮彈形狀 為圓環(huán)型（如圖5所示）。最后讓學(xué)生上臺親自進(jìn)行實(shí)驗，得出相同結(jié)論，并與之前假設(shè)做對比，探究炮彈形狀產(chǎn)生的 原因。4.原理：當(dāng)我們擊打容器（空氣炮炮身）時，容器內(nèi)的空氣受到擠壓 被瞬間壓縮，空氣就從容器前端小口發(fā)射出去。 被壓縮的氣體形 成膨脹沖擊波（空氣炮彈），產(chǎn)生巨大能量。實(shí)驗中，炮彈的形 狀之所以呈圓環(huán)狀，是由于從小孔出去的空氣， 流動速度的比小 孔周圍的空氣快，根據(jù)伯努利定律，中間的氣體壓強(qiáng)就會比周圍 的空氣小，所以周圍的空氣就會把從中間噴出來的空氣壓縮，

8、使之保持在一個圓周里面（如圖 6所示），直到空氣阻力把能量都 消耗光。圖6師：從剛才的演示實(shí)驗我們可以看出，雖然外形上我們這 個空氣炮和動畫片中有區(qū)別，但是它們的原理是相同的，它 們都能釋放巨大威力。那么，我們怎么樣才能制作出威力更 大的空氣炮，空氣炮的威力與什么因素有關(guān)呢？生：我認(rèn)為空氣炮的威力應(yīng)該與炮身的大小、擊打力度并且和炮口口徑有關(guān)。師：很好，那我們一起通過實(shí)驗方法來探究這些因素對空 氣炮威力的影響。為了便于實(shí)驗，老師教大家一種全新的空 氣炮制作方法。制作環(huán)節(jié)（10分鐘左右）材料：易拉罐6個、氣球一包（厚的）、蠟燭 20支（4 個小組、每組5支）、透明膠4卷、剪刀8把（每組2把）、 打

9、火機(jī)、羽毛球長桶 4個、短筒4個（帶桶蓋）（如圖7 所示）制作過程：1將氣球一端系牢固，并在距頂端 1/3處，用剪刀裁 剪。（如圖8）2. 將氣球套在羽毛球桶一端，用膠帶固定。（如圖9所示）3. 將桶蓋裁出大小不一的圓孔，作為不同口徑的炮口 （如圖10所示）圖104. 拉動氣球并釋放，炮口就會發(fā)射出強(qiáng)勁氣流擊滅蠟燭（如圖11）圖11探究實(shí)驗（15分鐘）1. 空氣炮制作好后，讓每組同學(xué)依次點(diǎn)燃配備的 5根蠟燭， 學(xué)生親自動手，利用羽毛球桶空氣炮打滅蠟燭，感受空氣炮 的威力。2. 根據(jù)學(xué)生猜想進(jìn)行實(shí)驗驗證， 分三個實(shí)驗小組， 采用控 制變量的方法，探究不同條件下空氣炮威力的大小。實(shí)驗過 程中，利用

10、力的傳感器，定量測量空氣炮產(chǎn)生力的大小，并 將數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得出結(jié)論。3. 在具體實(shí)驗中， 探究擊打力度對空氣炮威力影響時， 其 他變量不變， 通過控制氣球拉開的長度來改變擊打的力度 （如 圖 12 所示）；探究炮身體積對威力影響時，其他變量不變， 通過采用不同大小的羽毛球桶來改變空氣炮炮身體積；探究 炮口半徑對空氣炮威力影響時，其他變量不變，通過在桶蓋 裁取不同大小的小口來改變空氣炮口徑大小。實(shí)驗過程中， 記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。圖124. 實(shí)驗結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出炮身體積，擊打力度， 口徑大小對空氣炮威力大小的影響。并結(jié)合分析出的結(jié)論， 要求學(xué)生課下按照所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，制作威力更大的空氣炮， 并開展空氣炮比賽，學(xué)以致用。5. 科學(xué)聯(lián)系生活，舉例說明空氣炮在各個領(lǐng)域中應(yīng)用的。 軍事上，空氣炮曾在二戰(zhàn)中被德軍用來擊落飛機(jī)。工業(yè)生產(chǎn)中，空氣炮多數(shù)用來清除管道內(nèi)的污垢，效果十分明顯。（如圖13所示）6. 最后觀看日本直徑10m超大型空氣炮創(chuàng)造世界紀(jì)錄視頻，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探索的興趣。（如圖 14所示）圖14課堂總結(jié)（5分鐘左右）1、簡單回顧空氣炮的原理及影響空氣炮威力的因素。2、拓展一下空氣炮在生活中的應(yīng)用六、教學(xué)反思1、